Техническая механика. Курсовое проектирование

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году



Д.Н. БАХАРЕВ
А.А. ДОБРИЦКИЙ
С.Ф. ВОЛЬВАК
В.Д. НЕСВИТ




                ТЕХНИЧЕСКАЯ
                МЕХАНИКА




            КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
2-е издание, стереотипное

             Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебного пособия для учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по техническим специальностям (протокол № 14 от 30.09.2019)

        хпатит

электронно-библиотечная система

Москва ИНФРА-М 2025

УДК ББК

[531.8+621.8](075.32)
30.12:34.42я723
Б30



      Рецензенты:
        Дядик А.Н., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры теплофизических основ судовой энергетики, ведущий научный сотрудник концерна НПО «Аврора»;
        Слатин В.И., кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения и Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого


      Бахарев Д.Н.
Б30 Техническая механика. Курсовое проектирование : учебное пособие / Д.Н. Бахарев, А.А. Добрицкий, С.Ф. Вольвак, В.Д. Несвит. — 2-е изд., стер. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 236 с. — (Среднее профессиональное образование).

         I8В^ 978-5-16-015658-3 (ргш1)
         I8В^ 978-5-16-109136-4 (опЛпе)

         В учебном пособии приведены схемы механических приводов, использующиеся в качестве заданий при курсовом проектировании по технической механике, рассмотрены основы их расчета и конструирования с использованием программы «Компас .31.)»
         Выполнение курсового проекта по предложенным методикам формирует навыки проектирования и конструирования машин, а также умения сравнивать полученные решения задач по разным факторам, оценивать машину в целом и отдельные ее детали, в конечном результате выбирать оптимальный вариант.
         Для студентов технических специальностей средних профессиональных образовательных учреждений.


УДК [531.8+621.8](075.32)
ББК 30.12:34.42я723

I8В^ 978-5-16-015658-3 (рг1Ш)
I8В^ 978-5-16-109136-4 (опЛпе)

© Бахарев Д.Н., Добрицкий А.А., Вольвак С.Ф., Несвит В.Д., 2020

СОДЕРЖАНИЕ

      ВВЕДЕНИЕ.................................... 7
  1.  ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА........ 9
  2.  ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ................. 12
  3.  СТРУКТУРА РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ... 12
  4.  ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ РАСЧЕТНОПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ.......................... 13
4.1. Общие положения............................. 13
4.2. Построение текста........................... 14
4.3. Иллюстрации................................. 15
4.4. Формулы и уравнения......................... 16
4.5. Таблицы..................................... 17
4.6. Список использованных источников............ 18

4.7. Приложения................................. 18
  5. СОДЕРЖАНИЕ И ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ............. 19

5.1.  Общие положения............................... 19
5.2.  Чертёж общего вида............................ 19
5.3.  Сборочный чертёж.............................. 21
5.4.  Спецификация.................................. 22
5.5.  Упрощение в чертежах.......................... 22
5.6.  Чертёж деталей................................ 22
  6.  СОДЕРЖАНИЕ И ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ
      ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ.................. 24
  7.  ЗАЩИТА ПРОЕКТА................................ 25
  8.  ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ................... 25
  9.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАДАНИЯ................ 30
10.  РАСЧЁТ ЗАКРЫТЫХ ЗУБЧАТЫХ (ЧЕРВЯЧНЫХ)
      ПЕРЕДАЧ....................................... 45
10.1. Выбор материала зубчатых передач.............. 45
10.1.1. Выбор твёрдости, термообработки и материала колёс. 46
10.1.2. Определение контактных напряжений........... 48
10.1.3. Определение допустимых напряжений изгиба.... 49
10.2. Выбор материала червячных передач............. 50
10.2.1. Выбор материала червяка и червячного колеса. 50

3

10.2.2. Определение допускаемых контактных и изгибающих
        напряжений............................................. 52
  10.3. Расчёт зубчатых (червячных) передач редукторов......... 53
10.3.1. Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи
        (ступени).............................................. 55
10.3.1.1. Проектный расчёт..................................... 55

10.3.1.2. Проверочный расчёт.................................. 59
10.3.2. Расчёт закрытой конической зубчатой передачи.......... 63
10.3.2.1. Проектный расчёт.................................... 63
10.3.2.2. Проверочный расчёт.................................. 67

10.3.3.  Расчёт закрытой червячной передачи............................ 70
10.3.3.1. Проектный расчёт............................................. 70

10.3.3.2. Проверочный расчёт............................. 73
  11.   РАСЧЁТ ОТКРЫТЫХ ПЕРЕДАЧ.......................... 75
 11.1.  Расчёт открытых передач трением.................. 75
11.1.1. Расчёт плоскоременной передачи................... 76
11.1.1.1. Проектный расчёт............................... 76
11.1.1.2. Проверочный расчёт............................. 79
11.1.2. Расчёт клиноременной и поликлиноременной передач. 80
11.1.2.1. Проектный расчёт............................... 80
11.1.2.2. Проверочный расчёт............................. 86
 11.2.  Расчёт открытых передач зацеплением.............. 86
11.2.1. Расчёт открытых зубчатых передач................. 87
11.2.2. Расчёт цепной передачи........................... 87
11.2.2.1. Проектный расчёт............................... 88
11.2.2.2. Проверочный расчёт............................. 91
  12.   НАГРУЗКА ВАЛОВ РЕДУКТОРА......................... 94
 12.1.  Определение сил в зацеплении закрытых передач.... 94
 12.2.  Определение консольных сил....................... 95
 12.3.  Силовая схема нагрузки валов редуктора........... 98
  13.   ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ И ПРОЕКТНЫЙ       РАСЧЁТ
        ВАЛОВ РЕДУКТОРА................................. ₁₀5
  13.1. Выбор материала валов и допустимых напряжений на кручение............................................... Ю5
 13.2.  Определение геометрических параметров ступеней валов.... 105
 13.3.  Предварительный выбор подшипников качения....... 108

4

13.4.   Определение реакций в опорах подшипников....................             109
13.5.   Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов..........                 ПО 
13.6.   Примеры расчётных схем валов одноступенчатого                            110
                                                                                    
13.6.1. Пример расчётной схемы тихоходного вала                                     
        цилиндрического одноступенчатого редуктора..................             ПО 
13.6.2. Пример расчётной схемы быстроходного вала                                   
        цилиндрического одноступенчатого редуктора..................             112
13.6.3. Пример расчётной схемы быстроходного вала конического                       
        одноступенчатого редуктора..........................................     113
13.6.4. Пример расчётной схемы быстроходного вала червячного                        
        одноступенчатого редуктора..........................................     115
14.     ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ РЕДУКТОРА.....                            116
14.1.   Определение эквивалентной динамической нагрузки..........                120
14.2.   Определение пригодности подшипников.........................             124
14.3.   Схема нагружения подшипников....................................         125
14.4.   Примеры проверочных расчётов....................................         126
14.5.   Тепловой расчёт червячного редуктора............................         134
15.     ВЫБОР МУФТ..........................................................     134
15.1.   Общие вопросы выбора муфт........................................        134
15.2.   Муфты упругие.........................................................   137
15.3.   Муфты цепные..........................................................   139
15.4.   Муфты зубчатые........................................................   141
15.5.   Выбор зубчатой муфты (пример расчёта).........................           143
16.     ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДУЛЯ САПР КОМПАС 30 -                                       
        «РЕДУКТОР 30 У2.3»................................................       145
16.1.   Основы выполнения расчётов и построения трёхмерных                          
        моделей редукторов в библиотеке «Редуктор 30 У2.3»........               145
16.1.1. Построение цилиндрического редуктора..........................           146
16.1.2. Построение конического редуктора.................................        148
16.1.3. Построение червячного редуктора..................................        149
16.1.4. Сохранение результатов построения................................        152
16.1.5. Рекомендации по вводу исходных данных........................            152
16.2.   Построение чертежа вида и разреза редуктора на основе                       
        трёхмерной модели.....................................................   153
16.3.   Выполнение чертежей деталей............................................. 167

5

16.3.1. Валы...................................... 168
16.3.2. Зубчатые колёса........................... 170
17. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ.......................................... 171
17 .1.  3 ада н ия пер вого уров н я слож н ости.. 171
17.2.   3 ада н ия  второ го урон ня слож я ости.. 196
      БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................... 218

      ПРИЛОЖЕНИЯ...................................... 220
      Приложение А. Титульный лист курсового проекта.. 221
      Приложение Б. 1. Основная надпись для первого листа текстового документа............................ 222
      Приложение Б.2. Основная надпись для последующих листов текстового документа..................... 222
      Приложение Б.З. Форма основной надписи для чертежей и схем............................................ 222
      Приложение В. Пример оформления чертежа общего вида... 223
      Приложение Г.1. Пример оформления сборочного чертежа... 224
      Приложение Г.2. Пример оформления спецификации... 225
      Приложение Г.З. Пример оформления чертежа детали. 227
      Приложение Д. Размер профиля канавок литых и точеных шкивов для клиновых и поликлиновых ремней....... 228
      Приложение Е. Параметры клиновых и поликлиновых ремней.......................................... 229
      Приложение Ж. Цепи приводные роликовые нормальной серии однорядные типа ПР (ГОСТ 13568-75)........ 230
      Приложение И. Подшипники шариковые радиальные однорядные (ГОСТ 8338-75)....................... 231
      Приложение К. Подшипники шариковые радиальноупорные однорядные (ГОСТ 831-75)................ 232
      Приложение Л. Подшипники роликовые конические однорядные (ГОСТ 27365-87)...................... 233
      Приложение М. Подшипники роликовые конические однорядные с упорным бортом на наружном кольце (ГОСТ 27365-87)........................................

6

ВВЕДЕНИЕ

     Техническая механика является общепрофессиональной дисциплиной, в результате освоения которой студент должен уметь:
   - использовать методы проверочных расчетов на прочность, действий изгиба и кручения;
   - выбирать способ передачи вращательного момента; знать:
   - основные положения и аксиомы статики, кинематики, динамики и деталей машин.
     Дисциплина формирует у студентов ряд общих и профессиональных компетенций. Изучение данной дисциплины предполагает выполнение курсового проекта.
     Курсовой проект по технической механике является первой сложной работой, в которой ассимилируются все знания и умения студентов, полученные ими из предшествующих дисциплин. Курсовой проект формирует навыки проектирования и конструирования машин, а также умения сравнивать полученные решения задач по разным факторам, оценивать машину в целом и отдельные её детали, в конечном результате выбирать оптимальный вариант.
     Тематика курсового проектирования выбирается с учётом вида деталей и сборочных единиц, изучаемых в учебной дисциплине «Техническая механика». Это: передачи, валы, подшипники, соединения, муфты и т.п. Задание является комплексным и позволяет изучить кинематическую связь между отдельными элементами, а также освоить компоновку сборочных единиц. Задания требуют от студентов детальной разработки основных частей механического привода и выбора стандартных механизмов (электродвигатель, арматура и др.). Задание выдаётся каждому студенту в начале семестра.
     В данном учебном пособии приведены задания для курсового проектирования, которые позволяют охватывать практически все виды приводов, применяемых в промышленном и сельскохозяйственном производстве.
     Для облегчения процесса изучения данной дисциплины в учебном пособии приведены примеры выполнения расчетов с подробным описанием каждого этапа и примерами выполнения чертежей в соответствии с ЕСКД.

7

      В учебном пособии приведены основы выполнения расчётов и построения трёхмерных моделей одноступенчатых редукторов общего назначения в модуле САПР Компас ЗВ «Редуктор ЗВ У2.3».
      При курсовом проектировании по технической механике используется: чертёжное оборудование, компьютерная техника, основная и справочная литература, действующие стандарты, правила и нормы.
      В целом курсовое проектирование по технической механике преследует несколько целей по самостоятельному решению студентами ряда задач:
а) применять на практике теоретические знания по расчёту зубчатых, червячных и других передач;
б) разработать концепцию выбора вариантов редукторов: вертикальный -горизонтальный; прямозубый - косозубый и т.д.;
в) разработать схему установки подшипников в редукторе;
г) определить тип смазки редуктора и способы контроля её уровня;
д) выполнить графическую часть проекта с помощью модуля САПР КОМПАС ЗВ - «Редуктор ЗВ У2.3» и построить трёхмерную модель одноступенчатого редуктора;
е) осуществить дизайн всего привода в целом и т.д.

8

1. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

      Курсовые проекты включают: расчётно-пояснительную записку; графическую часть, которая состоит из 3-х листов формата А1.
      Расчётно-пояснительная записка должна содержать: титульный лист, техническое задание с исходными данными на проектирование, введение, расчётно-пояснительную часть, описание сборки, правила безопасной эксплуатации, заключение, список использованных источников, приложения. Во введении следует коротко изложить народнохозяйственное и отраслевое значение задач, решению которых посвящена тема курсового проекта, краткое описание привода, а также основные требования к современным машинам.
      Графическая часть проекта содержит 3 листа формата А1: первый лист - чертёж общего вида редуктора; второй лист - детали (как правило чертежи 4-х деталей формата АЗ); третий лист - общий вид привода. К чертежам общего вида составляются соответствующие спецификации, которые выполняются на листах формата А4 и включаются в расчётно-пояснительную записку.
      Расчётно-пояснительная записка включает выбор электродвигателя, кинематический расчёт привода и конструирование элементов привода (передач, опор, соединений и т.п.) в следующей последовательности:
1. Выбор материала проектируемых деталей (если он не задан), определение допускаемых напряжений, расчёты на прочность, жёсткость, тепловые расчёты и т.п. При выборе материалов следует руководствоваться возможностью получения наименьшей массы деталей при сохранении их нагрузочной способности. Для конкурентоспособности отечественных редукторов необходимо выбирать прочные стали и композитные материалы, что тоже позволит получить максимальную надёжность изделий.
2. Проектные расчёты основных параметров передач (межосевых расстояний передач зубчатых цилиндрических и червячных, с зубчатым ремнем, делительного диаметра колеса конических редукторов, шага цепных передач, предварительных диаметров валов и др.), то есть тех параметров, которые определяют конструкцию и габариты проектируемого механизма.
3. Подбор шпонок и проверку шпоночных или шлицевых соединений на прочность.

9

4. Компоновочный эскиз (первая компоновка), по которому проверяется рациональность предварительно принятых решений. При этом приближённо определяется положение зубчатых колёс, звёздочек, шкивов относительно опор, чтобы иметь возможность найти опорные реакции.
5. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъёмности.
6. Уточнённый расчёт валов с построением эпюр и выбором коэффициента запаса прочности вала.
7. Выбор посадок, способа смазки передач и подшипников, уплотнений выходных концов валов и т.п.
8. Выбор муфт.
      Все документы, входящие в курсовой проект, должны выполняться в соответствии с:
а) единой системой конструкторской документации (ЕСКД);
б) единой системой технологической документации (ЕСТД);
в) единой системой технологической подготовки производства (ЕСТПП);
г) системой технологической документации на АСУ;
д) единой системой программной документации (ЕСПД);
е) единой системой стандартов приборостроения (ЕССП);
ж) системой стандартов безопасности труда (ССБТ) и др., а также внесистемных государственных или отраслевых стандартов, а при выполнении проектов на конкретных предприятиях - стандартов предприятия.
      Для технологических документов отдельных отраслей промышленности (чертежей узлов специальных машин, приборов, электро-, гидро-, пневмо-, микросхем, печатных плат и т.п.), которые имеют свою специфику, предметноцикловые комиссии (кафедры) готовят дополнительные методические указания.
      Если предметно-цикловая комиссия (кафедра) выдаёт студенту задание на выполнение курсового проекта, связанного с конкретным производством, то выполнение такого проекта должно подтверждаться: а) письмом (актом) предприятия (организации);
б) выпиской из решения предметно-цикловой комиссии (кафедры), если в проекте использованы материалы хоздоговорной или госбюджетной работы;
в) выпиской из решения предметно-цикловой комиссии (кафедры), если проект посвящён разработке лабораторного стенда, установки, устройства

10